TW201825865A - 飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法 - Google Patents

Abstract

圖像一致部２０３生成使第一個球圖像與第二個球圖像一致的第一個登錄球圖像。３Ｄ模型構成部２０４構成將第一個登錄球圖像的攝像機座標轉換為世界座標的第一個登錄球圖像的３Ｄ模型。虛擬旋轉部２０５使用預先推算的旋轉參數和旋轉矩陣資訊，使第一個登錄球圖像的３Ｄ模型進行虛擬旋轉。登錄圖像生成部２０６從旋轉的第一個登錄球圖像的３Ｄ模型中，將從攝像機可見的可視表面的世界座標轉換為攝像機座標，生成攝像機座標的第二個登錄球圖像。差分計算部２０７第二個登錄球圖像與所述第二個球圖像的差分。旋轉參數確定部２０８將所述的差分變成最小值的旋轉參數確定為所述球的實際的旋轉參數。

Description

飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法

本發明是關於飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法的發明。

目前，高爾夫球等的球飛行參數（發射參數）測定技術存在很多種。例如，在特表２０１６－５４０１８５號公報（專利文獻１）中，公開了飛行物體發射參數的測定方法。該方法包括拍攝飛行物件物體的多個圖像的工序、分別在各個圖像中確定飛行物件物體的半徑和中心的工序、以及依據飛行物件物體的半徑和中心、事先測定的攝像機基準值計算速度、仰角和方位角的工序。同時，該方法還包括將多個圖像截取為飛行物體與邊界相接的最小的正方形的工序、將多個圖像從球面顯示轉換為直角坐標顯示的平坦化工序、將直角坐標顯轉換為具有一系列旋轉中心選項的極座標的工序、依據極圖像組的符合度對旋轉軸和旋轉率進行測定的工序。通過所述工序測定飛行物體的速度、仰角、方位角、旋轉軸和旋轉率。

另外，在特表２００５－５２９３３９號公報（專利文獻２）中公開了確定運動物件物體參數的方法。該方法包括對攝像機鏡頭進行校正，針對攝像機圖像面上的全部（ｘ、ｙ）圖元確定（ｘ、ｙ、ｚ）方向的步驟、決定基準補償係數的步驟、捕捉運動物體的多個圖像的步驟、分別在多個圖像中發現物件物體的步驟和、分別針對多個圖像進行三維座標計算的步驟和、通過三維座標計算物件物體的速度向量的步驟。另外，該方法還包括通過多個旋轉組的第一個旋轉組進行多個圖像基準圖像旋轉的步驟和、將旋轉後的基準圖像定標為靶心圖表像的步驟和、使基準圖像與靶心圖表像相關聯，從而獲得多個分值的增量分值的步驟和、為了獲得多個分值的最大分值而依次進行改良，重複進行旋轉、定標以及關聯步驟的步驟和、為了決定運動物件物體的參數而利用多個旋轉組中最大旋轉組的步驟。通過所述步驟決定速度和、軌道和、旋轉軸以及該軸的旋轉率。 ［先前技術文獻］ ［專利文獻］

［專利文獻１］特表２０１６－５４０１８５號公報 ［專利文獻２］特表２００５－５２９３３９號公報

［發明所要解決的問題］ 在根據攝像機拍攝的球的圖像計算球的飛行參數時，存在各種各樣的影像處理方法，人們也在摸索更加高效的方法。在所述的專利文獻１、２中記載的技術中，存在飛行參數的測定所需的工序（步驟）多，而且非常複雜，需要一定的處理能力和處理時間的問題。另外，所測定的飛行參數的精度也不明確。在這裡，飛行參數通常包括表示飛行物體的速度、仰角和方位角的移動參數和表示旋轉軸與旋轉率的旋轉參數，但高精度的旋轉參數計算非常困難。

因此，本發明的目的是為了解決所述的課題，提供可高精度地測定球的飛行參數的飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法。 ［解决问题的手段］

本發明涉及的飛行參數測定裝置包括圖像拍攝部和、圖像一致部和、３Ｄ模型構成部和、虛擬旋轉部和、登錄圖像生成部和、差分計算部和旋轉參數確定部。图像拍摄部通过摄像机连续拍摄飞行中的球。圖像一致部生成使最初拍攝的第一個拍攝圖像的第一個球圖像的尺寸與下一次拍攝的第二個拍攝圖像的第二個球圖像的尺寸一致的第一個登錄球圖像。３Ｄ模型構成部構成將所述的所生成的第一個登錄球圖像的攝像機座標轉換成世界座標的第一個登錄球圖像的３Ｄ模型。虛擬旋轉部利用預先推測的旋轉參數與旋轉矩陣資訊使所述的所構成的第一個登錄球圖像的３Ｄ模型進行虛擬旋轉。登錄圖像生成部生成將所述旋轉後的第一個登錄球圖像的３Ｄ模型中由所述攝像機拍攝的可視表面的世界座標轉換成攝像機座標後的攝像機座標的第二個登錄球圖像。差分計算部從所述第二個球圖像中提取與所述第二個登錄球圖像對應的第二個比較球圖像，計算所述第二個登錄球圖像與所述第二個比較球圖像的差分。旋轉參數確定部反復進行所述３Ｄ模型的虛擬旋轉、所述第二個登錄球圖像的生成和所述差分的計算，將所述差分變成最小值的旋轉參數確定為所述球的現實的旋轉參數。

另外，本發明所涉及的飛行參數測定方法和飛行參數測定裝置的各部一樣，包括圖像拍攝步驟和、圖像一致步驟和、３Ｄ模型構成步驟和、虛擬旋轉步驟和、登錄圖像生成步驟和、差分計算步驟和旋轉參數確定步驟。 ［发明的效果］

通過本發明，可通過簡單的影像處理方法高精度地測定球的飛行參數。

以下參照附圖對本發明的具體實施方式進行說明，用於對本發明的理解。另外，以下的具體實施方式只是將本發明具體化的一個實例，並不具有限定本發明的技術範圍的性質。

如圖１所示，本發明所涉及的飛行參數測定裝置１包括攝像機１０和、飛行參數計算部１１。攝像機１０是可以短時間內實現高速連續拍攝的高速攝像機。在本發明中，只要能夠有效地獲取拍攝圖像，無需限定攝像機１０的數量，使用１台亦可，使用多台（例如，２台）亦可。飛行參數測定裝置１在飛行中的球進入攝像機１０的視野後，攝像機１０開始拍攝，按照既定的時間、高速、連續地拍攝在視野內運動（飛行或者發射）的球Ｂ。

飛行參數計算部１１以可通迅的方式連接攝像機１０，在接收到攝像機１０所拍攝的包括球Ｂ在多張（例如，２張）拍攝圖像後，依據該多張拍攝圖像計算正在運動的球Ｂ的飛行參數。飛行參數由移動參數和旋轉參數構成，移動參數表示球Ｂ的速度（ＢＡＬＬ ＳＰＥＥＤ）和、仰角（ＬＡＵＮＣＨ　ＡＮＧＬＥ）和、方位角（ＳＩＤＥ　ＡＮＧＬＥ），旋轉參數表示旋轉軸（ＳＰＩＮ　ＡＸＩＳ）和、旋轉率（ＴＯＴＡＬ　ＳＰＩＮ）。另外，倒旋是指相對於球Ｂ的行進方向的反方向的旋轉率，側旋是指相對於旋轉軸的橫向的旋轉率。倒旋和側旋均可以通過球Ｂ的速度和、仰角和、方位角和、旋轉軸和旋轉率計算。

在這裡，為了恰到好處地拍攝攝像機１０視野內正地運動的球Ｂ，飛行參數測定裝置１還包括球檢測部１２。球檢測部１２的構成沒有特殊限制，例如，包括在攝像機１０的視野內（例如，視野內的端部附近）照射紅外線的紅外線照射部和、將所照射的紅外線作為反射光接收的紅外線接收部和、依據所接收的反射光的變化檢測正在運動的球Ｂ已進入攝像機１０視野內的反射光檢測部。在球Ｂ進入視野內之後，視野內的紅外線通過球Ｂ形成反射，球Ｂ的反射光會發生變化，因此，球檢測部１２利用該現象檢測球Ｂ進入攝像機１０的視野。紅外線照射部和紅外線接收部是一套，在攝像機１０視野內的水準方向直列設置多套，高精度地檢測球Ｂ在攝像機１０視野內的哪個位置進入亦可。另外，使用鐳射或者鐳射光簾替代紅外線亦可。在球檢測部１２檢測到正在運動的球Ｂ進入攝像機１０視野內時，將檢測信號發送給飛行參數計算部１１，飛行參數計算部１１向攝像機１０輸入拍攝信號，連續拍攝正在攝像機１０視野內運動的球Ｂ。

另外，在攝像機１０和、飛行參數計算部１１和、球檢測部１２中內置了未圖示的ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等，例如，ＣＰＵ是以ＲＡＭ作為作業區域使用，執行在ＲＯＭ等中存儲的程式。此外，在後述的各部中，也通過ＣＰＵ執行程式實現該各部。

然後，在參照圖２、圖３的同時，對本發明的具體實施方式所涉及的構成及執行步驟進行說明。首先，用戶（高爾夫球手）在接通飛行參數測定裝置１的電源後，飛行參數測定裝置１啟動，球檢測部１２開始檢測球Ｂ的動作（圖３：Ｓ１０１）。

高爾夫球手在飛行參數測定裝置１的旁邊配置球Ｂ（例如，高爾夫球），通過高爾夫球杆打出球Ｂ後，球檢測部１２檢測球Ｂ的飛行（發射）（圖３：Ｓ１０１ＹＥＳ）。然後，飛行參數測定裝置１的圖像拍攝部２０１通過攝像機１０連續拍攝正在飛行的球Ｂ（圖３：Ｓ１０２）。在這裡，圖像拍攝部２０１按照既定的時間，通過攝像機１０連續拍攝正在飛行的球Ｂ，獲取２張拍攝圖像。

圖像拍攝部２０１的拍攝完成後，飛行參數測定裝置１的移動參數計算部２０２依據最初拍攝的第一個拍攝圖像的第一個球圖像和接下來抓捕的第二個拍攝圖像的第二個球圖像計算球Ｂ的移動參數。

移動參數計算部２０２進行計算的方法沒有特別的限制。首先，移動參數計算部２０２分別計算第一個拍攝圖像和第二個拍攝圖像的球圖像的中心座標與半徑（圖３：Ｓ１０３）。具體來說，如圖４Ａ所示，移動參數計算部２０２將第一個拍攝圖像４０１進行二值化處理，生成可確定第一個拍攝圖像４０１中的物件物體邊緣（輪廓）的二值化圖像４０２。通過二值化圖像４０確定的物件物體主要是與周圍進行比較，是濃淡差大的部分。

如果第一個拍攝圖像４０１是全彩色圖像，則移動參數計算部２０２將第一個拍攝圖像４０１轉換成用２５６值表現圖元的圖元值（濃度值）的灰度圖像，將圖元值為既定的閾值以上的圖元作為“１”（白），將圖元值小於所述閾值的圖元作為“０”（黑），生成二值化圖像４０２。閾值預先設定好，使拍攝圖像中的球Ｂ的邊緣清晰。

在這裡，確定了邊緣的物件物體中可能包含了球Ｂ之外的物件物體（例如，高爾夫球杆Ｅ的前端）。因此，如圖４Ｂ所示，移動參數計算部２０２在二值化圖像４０２中，分別對確定了邊緣的多個物件物體４０２ａ計算物件物體４０２ａ的長邊ｌ，計算以該計算的長邊ｌ為直徑的圓４０２ｂ的面積Ｓ１和該物件物體４０２ａ邊緣內的面積Ｓ２，用所述圓的面積Ｓ１除以所述物件物體４０２ａ的邊緣內面積的面積Ｓ２。然後，移動參數計算部２０２在所計算的面積比例Ｓ１／Ｓ２中，將擁有與１（－）最為接近的面積比例Ｓ１／Ｓ２的物件物體４０２ａ確定為球Ｂ。即，面積比例Ｓ１／Ｓ２最接近１（－）是指以長邊ｌ為直徑的圓４０２ｂ的面積Ｓ１與物件物體４０２ａ的邊緣內面積Ｓ２相等，表示物件物體４０２ａ是圓。通過這種方式，可以明確地確定二值化圖像４０２內的球Ｂ。

然後，移動參數計算部２０２在二值化圖像４０２中，計算所確定的球Ｂ的中心座標ｃ和半徑ｒ。球Ｂ的中心座標ｃ通過攝像機座標（圖像座標）中二值化圖像４０２的二維座標（ｘｉｃ、ｙｉｃ）（圖元）計算。攝像機座標是以拍攝圖像４０１（或者二值化圖像４０２）的中心為原點，以橫軸為ｘ軸（ｘｉ），以豎軸為ｙ軸（ｙｉ）的坐標系。球Ｂ的半径ｒ通过像素数（像素）计算。移動參數計算部２０２在計算第一個拍攝圖像４０１中的第一個球Ｂ的中心座標ｃ和半徑ｒ後，對第二個拍攝圖像也做同樣的處理，計算第二個拍攝圖像中的第二個球Ｂ的中心座標ｃ和半徑ｒ。

然後，移動參數計算部２０２分別針對第一個拍攝圖像和第二個拍攝圖像，依據所計算的所述球Ｂ的中心座標ｃ和、半徑ｒ、以及所述攝像機１０的校準資訊，計算世界座標（實物座標）中的球Ｂ的中心座標ｃ（圖３：Ｓ１０４）。

移動參數計算部２０２的計算方法沒有特殊的限制。在這裡，攝像機１０的校準相關資訊是指校準矩陣資訊，如圖５Ａ所示，校準矩陣資訊是指以與攝像機１０的焦距ｆ（長度）相對應的拍攝圖像５０１的中心ＣＩ為原點的攝像機座標在拍攝圖像５０１上的任意點Ａ的三維座標（ｘｉａ、ｙｉａ）（圖元）和、以攝像機１０的中心ＣＲ為原點的世界座標的所述任意點Ａ的三維座標（ｘｒａ、ｙｒａ、ｚｒａ）（長度）的關聯資訊，例如，包括Ｋ矩陣、Ｐ矩陣等。然後，拍攝圖像５０１在從攝像機１０的中心ＣＲ朝向拍攝対象的ｚ軸方向離開焦距ｆ（長度）的位置與ｚ軸垂直。世界座標是以攝像機１０的中心ＣＲ為原點，以橫軸為ｘ軸（ｘｒ）、以豎軸為ｙ軸（ｙｒ）、以縱軸（視野軸）為ｚ軸（ｚｒ）的坐標系。

移動參數計算部２０２使用校準矩陣資訊將所計算的球Ｂ的中心座標ｃ的攝像機座標｛二維座標（ｘｉｃ、ｙｉｃ）｝轉換為世界座標｛三維座標（ｘｒｃ、ｙｒｃ、ｚｒｃ）｝。

在這裡，在通過校準矩陣資訊計算的世界座標的三維座標（ｘｒｃ、ｙｒｃ、ｚｒｃ）中，因為ｚ座標值（ｚｒｃ）是拍攝圖像５０１上的任意點Ａ的ｚ座標值，所以，在拍攝圖像５０１上全部相同。因此，在ｚ軸方向上飛行的球Ｂ的世界座標的ｚ座標值需要通過其他的方法計算。

因此，移動參數計算部２０２利用余弦定理，以所計算的球Ｂ的半徑ｒ和、世界座標的攝像機１０的中心ＣＲ為基準，根據與拍攝圖像５０１的球Ｂ的左右兩端的ｚ軸方向間的角度θ之間的關係計算球Ｂ的世界座標的ｚ座標值。如圖５Ｂ所示，以與球Ｂ的直徑２ｒ相對應的拍攝圖像５０１的球Ｂ左右兩端的距離ｌ和、拍攝圖像５０１的球Ｂ的左端（或者右端）和、與世界座標的攝像機１０的中心ＣＲ的距離Ｄ和、世界座標的攝像機１０的中心ＣＲ為基準，與拍攝圖像５０１的球Ｂ的左右兩端在ｚ軸方向之間的角度θ如下述的公式（１）（２）所示，余弦定理成立。 　ｌ^２ ＝Ｄ^２ ＋Ｄ^２ －２Ｄｃｏｓθ＝２Ｄ^２ ×（１－ｃｏｓθ）　・・・（１） 　Ｄ＝ＳＱＲ｛ｌ^２ ／（２×（１－ｃｏｓθ））｝　・・・（２）

移動參數計算部２０２使用通過預先計算的圖元轉換為長度（實際尺寸）尺寸，將球Ｂ的半徑ｒ的圖元轉換為長度，通過轉換後的球Ｂ的半徑ｒ（長度）計算球Ｂ的直徑ｌ（＝２ｒ）（長度），通過攝像機１０的焦距ｆ（長度）與球Ｂ的直徑ｌ（長度）計算拍攝圖像５０１的球Ｂ在左右的ｚ軸方向間的角度θ（度），將球Ｂ的直徑ｌ（長度）和角度θ（度）代入所述的公式（２）中，計算距離Ｄ（長度）。這樣，距離Ｄ（長度）與球Ｂ的世界座標的ｚ座標值近似，因此，移動參數計算部２０２將所計算的距離Ｄ（長度）作為球Ｂ的世界座標的ｚ座標值。另外，對第一個球和第二個球分別進行所述的處理。

然後，移動參數計算部２０２依據所計算的兩個球Ｂ的中心座標ｃ｛三維座標（ｘｒｃｊ、ｙｒｃｊ、ｚｒｃｊ）（ｊ＝１、２）｝和所述兩上球Ｂ的拍攝時間的間隔計算該球Ｂ的移動參數（速度ＢＳ、仰角ＬＡ、方位角ＳＡ）（圖３：Ｓ１０５）。

移動參數計算部２０２的計算方法沒有特殊的限制。如圖６Ａ所示，球Ｂ的速度ＢＳ和、仰角ＬＡ和方位角ＳＡ可以根據世界座標中的第一個拍攝圖像的第一個球Ｂ１的中心座標ｃ１｛三維座標（ｘｒｃ１、ｙｒｃ１、ｚｒｃ１）｝和、第二個拍攝圖像的第二個球Ｂ２的中心座標ｃ２｛三維座標（ｘｒｃ２、ｙｒｃ２、ｚｒｃ２）｝和、拍攝第一個拍攝圖像４０１的第一個時間ｔ１（ｓｅｃ）、拍攝第二個拍攝圖像４０１的第二個時間ｔ２（ｓｅｃ）計算。

具體來說，移動參數計算部２０２通過將所述的值代入下述的公式（３）（４）（５）（６），計算世界座標中球Ｂ的各軸速度（Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ），計算球Ｂ的整體速度ＢＳ。 　Ｖｘ＝（ｘｒｃ２－ｘｒｃ１）／（ｔ２－ｔ１）　・・・（３） 　Ｖｙ＝（ｙｒｃ２－ｙｒｃ１）／（ｔ２－ｔ１）　・・・（４） 　Ｖｚ＝（ｚｒｃ２－ｚｒｃ１）／（ｔ２－ｔ１）　・・・（５） 　ＢＳ＝ＳＱＲ（Ｖｘ^２ ＋Ｖｙ^２ ＋Ｖｚ^２ ）　・・・（６）

另外，移動參數計算部２０２通過將所計算的各軸的球Ｂ的速度（Ｖｘ、Ｖｙ、Ｖｚ）代入下述的公式（７）（８），計算世界座標中的仰角ＬＡ及方位角ＳＡ。另外，ＰＩ表示圆周率。 　ＬＡ＝１８０＊（ｔａｎ^－１ （Ｖｙ／Ｖｘ）／ＰＩ）　・・・（７） 　ＳＡ＝１８０＊（ｔａｎ^－１ （Ｖｚ／Ｖｘ）／ＰＩ）　・・・（８）

那麼，在球Ｂ的移動參數計算完成後，進行球Ｂ的旋轉參數的計算。首先，飛行參數測定裝置１的圖像一致部２０３生成將第一個拍攝圖像的第一個球Ｂ１的圖像與第二個拍攝圖像的第二個球Ｂ２的圖像一致的第一個登錄球圖像（圖３：Ｓ１０６）。

圖像一致部２０３的生成方法沒有特殊的限制。首先，如圖６Ｂ所示，圖像一致部２０３在攝像機座標中將第一個球Ｂ１的中心座標ｃ１（ｘｉｃ１、ｙｉｃ１）平行移動至第二個拍攝圖像６０２的第二個球Ｂ２的中心座標ｃ２（ｘｉｃ２、ｙｉｃ２），使第一個球圖像６０１ａ的位置與第二個球圖像６０２ａ的位置一致。

然後，圖像一致部２０３計算第二個球Ｂ２的半徑ｒ２（圖元）除以第一個球Ｂ１的半徑ｒ１（圖元）的尺寸比例ｒ２／ｒ１（－），第一個球Ｂ１的圖像６０１ａ乘以尺寸比例ｒ２／ｒ１（－），生成將第一個球圖像６０１ａ的尺寸與第二個球圖像６０２ａ的尺寸一致的第一個登錄球圖像６０１ｂ。第一個登錄球圖像６０１ｂ成為將第一個球Ｂ１的視點與第二個球Ｂ２的視點重疊的圖像。在球Ｂ發生旋轉時，第一個球圖像６０１ａ是旋轉前的圖像，第二個球圖像６０２ａ是旋轉後的圖像，因此，二者的表面（映射點）不同。

另外，在圖像一致部２０３生成第一個登錄球圖像６０１ｂ時，在攝像機座標中，使用第一個球圖像６０１ａ的中心座標ｃ１（ｘｉｃ１、ｙｉｃ１）和、第二個球圖像６０２ａ的任意座標（ｘｉ２、ｙｉ２）和、第二個球圖像６０２ａ的中心座標ｃ２（ｘｉｃ２、ｙｉｃ２）和、尺寸比例ｒ２／ｒ１（－）和、下述的公式（９）（１０）計算與第二個球圖像６０２ａ的任意座標相對應的第一個登錄球圖像６０１ｂ的對應座標（ｘｉ１１、ｙｉ１１）亦可。 　ｘｉ１１＝（ｘｉ２－ｘｉｃ２）＊ｒ２／ｒ１＋ｘｉｃ１　・・・（９） 　ｙｉ１１＝（ｙｉ２－ｙｉｃ２）＊ｒ２／ｒ１＋ｙｉｃ１　・・・（１０）

在這裡，在構成第一個球圖像６０１ａ的圖元中，攝像機座標中的２Ｄ座標（ｘｉ１、ｙｉ１）（圖元）與表示濃淡的圖元值相關聯，但是，攝像機座標的單位圖元與尺寸比例ｒ２／ｒ１（－）不同，不產生小數。因此，在將第一個球圖像６０１ａ的位置及尺寸與第二個球圖像６０２ａ的位置及尺寸一致時，如圖７Ａ所示，攝像機座標中的第一個登錄球圖像６０１ｂ的圖元的任意座標（ｘｉ１１、ｙｉ１１）有可能因為尺寸比例ｒ２／ｒ１（－）的原因，使得第一個球圖像６０１ａ的圖元的任意座標（ｘｉ１、ｙｉ１）發生偏差。

因此，圖像一致部２０３依據與第一個登錄球圖像６０１ｂ的圖元（關注圖元）的四方相鄰的第一個球圖像６０１ａ的４個圖元（周邊圖元）的圖元值推算（內插）該第一個登錄球圖像６０１ｂ的圖元的圖元值。通過這種方式，就可以消除第一個登錄球圖像６０１ｂ的圖元的圖元值與第一個球圖像６０１ａ的圖元的圖元值產生的偏差，高精度地進行旋轉參數的計算。

具體來說，圖像一致部２０３將與第一個登錄球圖像６０１ｂ的關注圖元的四角相鄰的第一個球圖像６０１ａ的周邊圖元的圖元值Ｉ（ｘｉ１、ｙｉ１）、Ｉ（ｘｉ１＋１、ｙｉ１）、Ｉ（ｘｉ１＋１、ｙｉ１＋１）、Ｉ（ｘｉ１、ｙｉ１＋１）代入下述的公式（１１）（１２）（１３），推算第一個登錄球圖像６０１ｂ的關注圖元的圖元值Ｉ（ｘｉ１１、ｙｉ１１）。 　Ｉ（ｘｉ１１、ｙｉ１１）＝Ｉ（ｘｉ１、ｙｉ１）＊（１－ｆｘ）＊（１－ｆｙ）＋Ｉ（ｘｉ１＋１、ｙｉ１）＊（１－ｆｘ）＊ｆｙ＋Ｉ（ｘｉ１＋１、ｙｉ１＋１）＊ｆｘ＊ｆｙ＋Ｉ（ｘｉ１、ｙｉ１＋１）＊ｆｘ＊（１－ｆｙ）　・・・（１１） 　ｆｘ＝ｘｉ１１－ｘｉ１　・・・（１２） 　ｆｙ＝ｙｉ１１－ｙｉ１　・・・（１３）

圖像一致部２０３的生成完成後，飛行參數測定裝置１的３Ｄ模型構成部２０４構成將所生成的第一個登錄球圖像６０１ｂ的攝像機座標轉換為世界座標的第一個登錄球圖像６０１ｂ的３Ｄ模型（圖３：Ｓ１０７）。

３Ｄ模型構成部２０４的構成方法沒有特殊的限制。首先，如圖７Ｂ所示，３Ｄ模型構成部２０４使用第一個登錄球圖像６０１ｂ的中心座標ｃ１１（圖元）和、第一個登錄球Ｂ１‘的半徑ｒ１１（圖元），只將第一個登錄球圖像６０１ｂ作為ＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ　ｏｆ　Ｉｎｔｅｒｅｓｔ：興趣區）圖像提取。具體來說，３Ｄ模型構成部２０４中，通過下述的公式（１４）（１５）（１６）（１７），使用攝像機座標的第一個登錄球圖像６０１ｂ的中心座標ｃ１１（ｘｉｃ１１、ｙｉｃ１１）和、第一個登錄球Ｂ１‘的半徑ｒ１１（圖元）計算第一個登錄球圖像６０１ｂ的始點座標ｂ１１（ｘｉｃ１１、ｙｉｃ１１）和、第一個登錄球圖像６０１ｂ的終點座標ｅ１１（ｘｉｅ１１、ｙｉｅ１１）。 　ｘｉｂ１１＝ｘｉｃ１１－ｒ１１　・・・（１４） 　ｙｉｂ１１＝ｙｉｃ１１－ｒ１１　・・・（１５） 　ｘｉｅ１１＝ｘｉｃ１１＋ｒ１１　・・・（１６） 　ｙｉｅ１１＝ｙｉｃ１１＋ｒ１１　・・・（１７）

被始點座標ｂ１１（ｘｉｃ１１、ｙｉｃ１１）和終點座標ｅ１１（ｘｉｅ１１、ｙｉｅ１１）圍起的區域就是第一個登錄球圖像６０１ｂ（ＲＯＩ圖像）。然後，３Ｄ模型構成部２０４使用校準矩陣，將第一個登錄球圖像６０１ｂ的攝像機座標｛二維座標（ｘｉ１１、ｙｉ１１）｝轉換為世界座標｛三維座標（ｘｒ１１、ｙｒ１１、ｚｒ１１）｝。

在這裡，如上所述，通過校準矩陣計算的世界座標的ｚ座標值（ｚｒ１１）在第一個登錄球圖像６０１ｂ的ＲＯＩ圖像上全部相同，因此，需要採用其他的方法進行計算。

第一個登錄球圖像６０１ｂ在三維的世界座標中，只有第一個登錄球Ｂ１‘的半徑ｒ１１（長度）從第一個登錄球Ｂ１‘的中心座標ｃ１１（ｘｒｃ１１、ｙｒｃ１１）（長度）沿ｚ軸方向呈半球狀突出，構成通過攝像機１０拍攝（可見）的第一個登錄球Ｂ１‘可視表面（可視區域）。

因此，３Ｄ模型構成部２０４將第一個登錄球Ｂ１‘的半徑ｒ１１的圖元轉換為長度，如圖７Ｂ所示，使用第一個登錄球圖像６０１ｂ的中心座標ｃ１１（ｘｒｃ１１、ｙｒｃ１１）（長度）和、第一個登錄球Ｂ１‘的半徑ｒ１１（長度），面向攝像機１０形成半球狀的第一個登錄球Ｂ１‘的可視表面６０１ｃ。３Ｄ模型構成部２０４針對所形成的可視表面６０１ｃ，從第一個登錄球圖像６０１ｂ的關注圖元Ｃ（ｘｒ１１、ｙｒ１１）（映射點）延伸出投影到（面向攝像機１０）ｚ軸方向的直線ｌｚ，計算該直線ｌｚ與可視表面６０１ｃ的交點的ｚ座標值（ｚｒ１１）。３Ｄ模型構成部２０４通過對該第一個登錄球圖像６０１ｂ的關注圖元Ｃ（ｘｒ１１、ｙｒ１１）賦予所計算的ｚ座標值（ｚｒ１１），計算第一個登錄球圖像６０１ｂ的對應圖元Ｃ‘（ｘｒ１１、ｙｒ１１、ｚｒ１１）。通過對第一個登錄球圖像６０１ｂ的全部圖元進行所述的處理，構成第一個登錄球圖像６０１ｂ的３Ｄ模型（三維模型化）。

另外，第一個登錄球圖像６０１ｂ的對應圖元Ｃ‘的ｚ座標值（ｚｒ１１）在使用世界座標中的第一個登錄球圖像６０１ｂ的中心座標ｃ１１（ｘｒｃ１１、ｙｒｃ１１）（長度）和、第一個登錄球Ｂ１‘的半徑ｒ１１（長度）和、下述的公式（１８）計算的值中取正值，可簡單地計算出來。 　ｚｒ１１＝ＳＱＲ［ｒ１１^２ －{（ｘｒ１１－ｘｒｃ１１）^２ ＋（ｙｒ１１－ｙｒｃ１１）^２ ｝］　・・・（１８）

在３Ｄ模型構成部２０４的構成完成後，飛行參數測定裝置１的虛擬旋轉部２０５使用預先推算的旋轉參數（例如，作為初始值的旋轉軸ＳＸ０和旋轉率ＴＳ０）和旋轉矩陣資訊，使所構成的第一個登錄球圖像６０１ｂ的３Ｄ模型進行虛擬旋轉（圖３：Ｓ１０８）。

虛擬旋轉部２０５的旋轉方法沒有特殊的限制。首先，虛擬旋轉部２０５使用對３Ｄ模型的旋轉進行類比的旋轉矩陣資訊。旋轉矩陣資訊Ｒ是指將旋轉前的３Ｄ模型的三維座標Ｖ（ｘｒ１１、ｙｒ１１、ｚｒ１１）和、旋轉參數（ＳＸ０、ＴＳ０）和、利用旋轉參數旋轉後的３Ｄ模型的三維座標Ｖ`（ｘｒ１１`、ｙｒ１１`、ｚｒ１１`）相關聯的資訊，一般用下述的公式（１９）表現。 　Ｖ`（ｘｒ１１`、ｙｒ１１`、ｚｒ１１`）＝Ｒ（ＳＸ０、ＴＳ０）＊Ｖ（ｘｒ１１、ｙｒ１１、ｚｒ１１）　・・・（１９） 　在這裡，旋轉矩陣資訊Ｒ有時也使用三維角（歐拉角），在本發明中，設定與三維角相對應的旋轉軸及旋轉率。

如圖８Ａ所示，虛擬旋轉部２０５通過將旋轉前的３Ｄ模型的三維座標（ｘｒ１１、ｙｒ１１、ｚｒ１１）和初始值的旋轉參數（ＳＸ０、ＴＳ０）代入旋轉矩陣資訊Ｒ，得到旋轉後的３Ｄ模型的三維座標（ｘｒ１１`、ｙｒ１１`、ｚｒ１１`）。通過使用該旋轉矩陣資訊Ｒ，虛擬旋轉的計算處理只需要實施一次，可實現處理的簡單化。

在虛擬旋轉部２０５的旋轉完成後，飛行參數測定裝置１的登錄圖像生成部２０６將所述旋轉後的第一個登錄球圖像６０１ｂ的３Ｄ模型中可以從攝像機１０看到的可視表面的世界座標轉換成攝像機座標，生成攝像機座標的第二個登錄球圖像（圖３：Ｓ１０９）。

登錄圖像生成部２０６的生成方法沒有特殊的限制。首先，如圖８Ａ所示，登錄圖像生成部２０６在旋轉後的第一個登錄球Ｂ１‘的３Ｄ模型８０１（三維座標）中，從第一個登錄球Ｂ１‘的中心座標ｃ１１（ｘｒｃ１１、ｙｒｃ１１）中（面向攝像機１０）提取向ｚ軸方向呈半球狀突出的可視表面８０１ａ（二維座標）。所提取的第一個登錄球Ｂ１‘的可視表面８０１ａ包含在第二個球圖像６０２ａ的局部之中。

然後，登錄圖像生成部２０６利用校準矩陣，將所提取的第一個登錄球Ｂ１‘的可視表面８０１ａ的世界座標｛三維座標（ｘｒ１１`、ｙｒ１１`、ｚｒ１１`）｝轉換為攝像機座標｛二維座標（ｘｉ１１`、ｙｉ１１`）｝。然後，如圖８Ｂ所示，登錄圖像生成部２０６將所轉換的第一個登錄球Ｂ１‘的可視表面８０１ａ作為攝像機座標的第二個登錄球圖像８０１ｂ生成。通過這種試，可以將第二個登錄球圖像８０１ｂ與第二個球圖像６０２ａ進行比較。

在登錄圖像生成部２０６的生成完成後，飛行參數測定裝置１的差分計算部２０７計算所述的所生成的第二個登錄球圖像８０１ｂ與所述第二個球圖像６０２ａ的差分（圖３：Ｓ１１０）。

差分計算部２０７的計算方法沒有特殊的限制。因為第二個登錄球圖像８０１ｂ是使用旋轉前的第一個登錄球圖像６０１ｂ生成的，所以並不與第二個球圖像６０２ａ完全對應。因此，首先，如圖８Ｂ所示，差分計算部２０７在第二個球圖像６０２ａ中提取與第二個登錄球圖像８０１ｂ相對應的第二個比較球圖像８０２ａ。在這裡，第二個比較球圖像８０２ａ的攝像機座標｛二維座標（ｘｉ１１`、ｙｉ１１`）｝與第二個登錄球圖像８０１ｂ的攝像機座標｛二維座標（ｘｉ２、ｙｉ２）｝一致。如上所述，依據與第二個球圖像６０２ａ一致後的第一個登錄球圖像６０１ｂ生成第二個登錄球圖像８０１ｂ，所以，容易與第二個球圖像６０２ａ（第二個比較球圖像８０２ａ）進行比較，實現處理的簡單化。

然後，差分計算部２０７計算第二個登錄球圖像８０１ｂ與第二個比較球圖像８０２ａ的差分。圖８Ｂ所示為第二個登錄球圖像８０１ｂ與第二個比較球圖像８０２ａ的舉例。如果在生成第二個登錄球圖像８０１ｂ的推算旋轉參數與現實的值一致，則第二個登錄球圖像８０１ｂ和第二個比較球圖像８０２ａ基本相同，所述的差分變成最小值。反之，如果生成第二個登錄球圖像８０１ｂ的推算旋轉參數與現實的值不同，則第二個登錄球圖像８０１ｂ與第二個比較球圖像８０２ａ完全不同，所述的差分變大。在本發明中，為了將第二個登錄球圖像８０１ｂ與第二個比較球圖像８０２ａ進行比較，可以不以球Ｂ表面的特定標誌等作為標記，可以利用球Ｂ表面的自然花紋進行旋轉參數的計算。

在這裡，差分計算部２０７根據第二個登錄球圖像８０１ｂ的圖元的圖元值，計算各個圖元減去第二個比較球圖像８０２ａ的圖元的圖元值之後的減法值，然後計算各圖元將該計算值進行平方後的平方值，將針對各圖元計算的平方值進行合計的合計值作為差分計算。通過這種方式，可以將第二個登錄球圖像８０１ｂ與第二個比較球圖像８０２ａ的微小差異反映到差分中，對球Ｂ的旋轉參數進行高精度的計算。

另外，如上所述，差分計算部２０７提取第二個比較球圖像８０２ａ，計算第二個登錄球圖像８０１ｂ與第二個比較球圖像８０２ａ的差分，但為了實現處理的簡單化，直接將第二個球圖像６０２ａ與第二個登錄球圖像８０１ｂ進行比較後計算差分亦可。即，與第二個登錄球圖像８０１ｂ不對應的第二個球圖像６０２ａ的區域即使計算與第二個登錄球圖像８０１ｂ的對應區域的差分，也會得到基本固定的值，因此，與第二個登錄球圖像８０１ｂ相對應的第二個球圖像６０２ａ的差分對整體的差分起到很大的作用。在需要簡單地找到差分最小的旋轉參數時，計算第二個登錄球圖像８０１ｂ與第二個球圖像６０２ａ的差分亦可。

在差分計算部２０７的計算完成後，飛行參數測定裝置１的旋轉參數確定部２０８重複進行所述３Ｄ模型的虛擬旋轉和、所述第二個登錄球圖像的生成和、所述差分的計算，將所述差分變成最小值的旋轉參數確定為所述球Ｂ的實際的旋轉參數。

旋轉參數確定部２０８的確定方法沒有特殊的限制。首先，旋轉參數確定部２０８為了計算差分的最小值（圖３：Ｓ１１１ＮＯ），將先前計算的差分作為基準差分，只按既定的波動值變更（例如，增加）先前使用的初始的旋轉參數（旋轉軸ＳＸ０、旋轉率ＴＳ０）（圖３：Ｓ１１２）。

然後，旋轉參數確定部２０８通過虛擬旋轉部２０５，使用變更後的旋轉參數和旋轉矩陣資訊，使第一個登錄球圖像６０１ｂ的３Ｄ模型進行虛擬旋轉（圖３：Ｓ１０８）。

然後，旋轉參數確定部２０８通過登錄圖像生成部２０６，在所述旋轉後的第一個登錄球圖像６０１ｂ的３Ｄ模型中，將從攝像機１０可見的可視表面的世界座標轉換為攝像機座標，生成攝像機座標的第二個登錄球圖像（圖３：Ｓ１０９）。

然後，旋轉參數確定部２０８通過差分計算部２０７，計算所述的所生成的第二個登錄球圖像與所述第二個球圖像６０２ａ的差分（圖３：Ｓ１１０）。

旋轉參數確定部２０８將新的差分作為比較差分，對基準差分和比較差分進行比較，將其中較小的差分確定為臨時差分（圖３：Ｓ１１１）。

在這裡，當比較差分為臨時差分時，可以判斷只有波動值增加的第二個旋轉參數比初始的旋轉參數的養分更小。因此，為了計算差分的最小值（圖３：Ｓ１１１ＮＯ），旋轉參數確定部２０８計算只使第二個旋轉參數增加波動值的第三個旋轉參數（圖３：Ｓ１１２），通過Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１０計算比較差分。屆時，通過第二個旋轉參數得到的臨時差分變成基準差分，通過第三個旋轉參數得到的差分變成比較差分。

另一方面，當基準差分為臨時差分時，可以判斷初始的旋轉參數比第二個旋轉參數的差分更小。因此，為了計算養分的最小值（圖３：Ｓ１１１ＮＯ），旋轉參數確定部２０８將通過初始的旋轉參數計算的差分作為基準差分，和之前的變更相反，計算只使初始的旋轉參數減少波動值的第三個旋轉參數（圖３：Ｓ１１２），通過Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１０計算比較差分。屆時，通過初始的旋轉參數得到的臨時差分變成基準差分，通過第三個旋轉參數得到的差分變成比較差分。

如上所述，旋轉參數確定部２０８重複實施Ｓ１０８、Ｓ１０９、Ｓ１１０進行趨同演算，通過只使旋轉參數增加或者減少波動值，使計算的差分達到最小值。對趨同演算進行優化的方法例如可以使用最小平方法、非線性最小平方的高斯牛頓法。

趨同演算結束的判斷方法是，例如，如果比較差分小，通過重複確定，當確定基準差分小時，進行該基準差分計算的第ｎ個旋轉參數（旋轉軸ＳＸｎ、旋轉率ＴＳｎ）可以判斷為差分為最小值。反之，如果基準差分，通過重複確定，當確定比較差分小時，進行該比較差分計算的第ｎ個旋轉參數（ＳＸｎ、ＴＳｎ）可以判斷為差分為最小值。另外，趨同演算的結束根據優化方法的種類進行適當設置即可。

那麼，通過重複演算，當所計算的差分變成最小值時（圖３：Ｓ１１１ＹＥＳ），旋轉參數確定部２０８將所述差分變成最小值的旋轉參數（ＳＸｎ、ＴＳｎ）確定為所述球Ｂ的實際的旋轉參數（旋轉軸ＳＸ、旋轉率ＴＳ）（圖３：Ｓ１１３）。

旋轉參數確定部２０８的計算完成後，飛行參數測定裝置１的飛行參數顯示部２０９在既定的顯示部顯示通過移動參數計算部２０２得到的球Ｂ的移動參數（速度ＢＳ、仰角ＬＡ、方位角ＳＡ）和、通過旋轉參數確定部２０８得到的球Ｂ的旋轉參數（旋轉軸ＳＸ、旋轉率ＴＳ）（圖３：Ｓ１１４）。

飛行參數表示部２０９的顯示方法沒有特殊的限制，例如，可以在飛行參數測定裝置１預先設置的顯示部顯示，也可以在能夠與飛行參數測定裝置１進行無線通訊的高爾夫球手的終端裝置（液晶顯示器）上顯示。通過所述方式，高爾夫球手可以獲知自己打出的球Ｂ的飛行參數。

如上所述，球Ｂ的飛行參數的測定完成。高爾夫球手在確認目前打出的球Ｂ的飛行參數，將新的球Ｂ放到飛行參數測定裝置１的旁邊後，返回到Ｓ１０１。

另外，在本發明中，因為要將以第二個登錄球圖像８０１ｂ與第二個球圖像６０２ａ的差分作為最小值的旋轉參數確定為實際的旋轉參數，所以，為了提高旋轉參數的測定精度，第二個登錄球圖像８０１ｂ和第二個球圖像６０２ａ的構成是極其重要的。

在這裡，生成第二個登錄球圖像８０１ｂ的第一個登錄球圖像６０１ｂ和第二個球圖像６０２ａ是通過拍攝在不同的空間和時間飛行的球Ｂ而得到的，因此，第一個登錄球圖像６０１ｂ和第二個球圖像６０２ａ從球Ｂ到攝像機１０的光線反射率是不固定的。

因此，在本發明中，還可以包括影像處理部２１０，其特徵在於，分別針對第一個登錄球圖像６０１ｂ和第二個球圖像６０２ａ，通過Ｒｅｔｉｎｅｘ處理使球圖像標準化，並通過二值化處理，從已完成標準化後的標準化球圖像提取球表面整體具有特殊性結果的球構造（檢測），通過像斑二值化處理，從所述的標準化球圖像中提取表示球的局部特徵的特殊特徵（檢測），將所述的所提取的球構造與特殊特徵合成，重新構成球圖像。

在這裡，如圖９Ａ所示，影像處理部２１０的球圖像的重新構成是通過（１）通過Ｒｅｔｉｎｅｘ處理實現標準化、（２）提取球構造、（３）提取特殊特徵的三個處理完成的。通過影像處理部２１０對第一個登錄球圖像６０１ｂ進行重新構成的第一個登錄球圖像９０１ｂ可以理解為只表現具有特徵性的圖像。通過這種方式，可以提高旋轉參數的測定精度。

Ｒｅｔｉｎｅｘ處理是指對人的視覺模型化，考慮關注圖元四角的周邊圖元，對關注圖元的圖元值進行修正。第一個登錄球圖像６０１ｂ和第二個球圖像６０２ａ表現的是不同空間和不同時間的球Ｂ，但通過Ｒｅｔｉｎｅｘ處理的標準化，可以使不同空間的球Ｂ的光線反射率和亮度均一化，轉換成在同一空間表現球Ｂ的圖像。通過這種方式，使第二個登錄球圖像８０１ｂ與第二個球圖像６０２ａ的差分計算更加容易。

通過Ｒｅｔｉｎｅｘ處理進行標準化的球圖像由圖元值與周邊圖元的平均圖元值之間的比例（強度比）構成。標準化球圖像的關注圖元的比例Ｌ（ｘ、ｙ）可以利用下述的公式（２０），通過特定的攝像機座標（ｘ、ｙ）中的球圖像的圖元值Ｉ（ｘ、ｙ）和、通過濾波器處理製作成模糊圖像的關注圖元的周邊圖元的圖元值（Ｉ＊Ｇ∂）（ｘ、ｙ）簡單地計算出來。 　Ｌ（ｘ、ｙ）＝Ｉ（ｘ、ｙ）／（Ｉ＊Ｇ∂）（ｘ、ｙ）　・・・（２０） 　在這裡，濾波器例如可以使用平滑化濾波器、高斯濾波器等。

球Ｂ的表面整体存在各种凹凸。例如，高爾夫球在表面整體具有淺凹形狀，足球表面整體具有五邊形及六邊形，棒球和網球在表面整體具有縫合線。影像處理部２１０通過對標準化球圖像進行二值化處理，將圖元值小的圖元進行平滑化處理，強調圖元值大的圖元。即，強調標準化球圖像的濃淡，使濃的區域成為球構造。通過這種方式，可以區分出球Ｂ表面整體的特徵和背景。

在這裡，二值化處理例如可採用如下方式，當關注圖元的圖元值達到既定的閾值以上時，對該關注圖元分配“１”（白），在關注圖元的圖元值小於所述閾值時，對該關注圖元分配“０”（黑）。閾值例如可以設置為標準化球圖像整體圖元的通用值，也可以將標準化球圖像分成幾個區域，針對各區域分別設置不同的值。另外，在該二值化處理中，包括跟蹤被分配了“０”（黑）的關注圖元的邊緣，檢測與關注圖元相鄰最近的相鄰圖元，發現關注圖元連接部的輪廓檢測處理亦可。輪廓檢測處理例如可以使用Ｓｏｂｅｌ處理、Ｃａｎｎｙ處理、或者ＥＤＰＦ（Ｅｄｇｅ　Ｄｒａｗ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ　Ｆｒｅｅ）處理等。Ｓｏｂｅｌ處理是根據標準化球圖像計算空間一次微分，依據空間一次微分進行標準化球圖像邊緣檢測的濾波器處理。Ｃａｎｎｙ處理是去除標準化球圖像的噪點，找到去除噪點後的標準化球圖像的強度梯度，針對通過強度梯度構成的邊緣去除無關的圖元，根據使用兩個閾值的滯後效應對去除了無關圖元的圖像進行二值化處理的演算法。在這裡，ＥＤＰＦ處理是ＥＤ處理的應用，是不需要設置ＥＤ處理所需參數的處理。另外，ＥＤ處理是按實際時間過程去除非邊緣的圖元，通過標準化球圖像生成邊緣圖的演算法。

另外，在球Ｂ的表面的局部（部分）具有缺口、損傷、製造商的標誌（標記）。影像處理部２１０通過對標準化球圖像進行間隔二值化處理，強調局部連續區域的圖元，使其他區域的圖元平滑化。通過這種方式，可以提取球Ｂ表面的局部特徵。在這裡，間隔二值化處理例如可以採用對各圖元設定閾值的二值化處理。

下面，就通過影像處理部２１０重新構成球圖像的作用效果進行說明。如圖９Ｂ所示，在不通過影像處理部２１０重新構成球圖像時，第一個登錄球圖像６０１ｂ和第二個球圖像６０２ａ的濃淡存在很多種，因此，第二個登錄球圖像與第二個球圖像的差分的波動容易變小，難以找到最小值。反之，在通過影像處理部２１０重新構成球圖像時，第一個登錄球圖像９０１ｂ與第二個球圖像９０２ａ的濃淡明確，因此，第二個登錄球圖像與第二個球圖像的差分波動這容易變大，容易找到最小值。因此，通過影像處理部２１０重新構成球圖像，可以實現處理的簡單化，與此同時，容易找到差分的最小值，提高旋轉參數的測定精度。

另外，影像處理部２１０例如在Ｓ１０６中生成第一個登錄球圖像時，通過重新構成第一個登錄球圖像和第二個登錄球圖像，構成重新構成後的第一個登錄球圖像的３Ｄ模型，使後期處理更加順利。

＜实施例＞ 　以下通過實施例等對本發明的效果進行具體說明，但本發明並不受此限制。

首先，依據圖１～圖３試製飛行參數測定裝置１，以該飛行參數測定裝置１作為実施例，使用其對高爾夫用機器人打出的高爾夫球Ｂ的飛行參數進行了測定。如圖１０Ａ所示，在高爾夫練習場的球座上放置高爾夫球Ｂ，在高爾夫球Ｂ的右側放置市售的飛行參數測定裝置１０，在高爾夫球Ｂ的左側放置本發明的飛行參數測定裝置１。在這裡，市售的飛行參數測定裝置１０是可以高精度測定飛行參數的已有產品。然後，在高爾夫用機器人使用高爾夫球杆Ｅ打出高爾夫球Ｂ後，市售的飛行參數測定裝置１０與本發明的飛行參數測定裝置１同時對高爾夫球Ｂ的飛行參數進行測定。採用高爾夫用機器人是為了消除擊球習慣的不同所導致的誤差，按照各種條件（揮杆速度、打出方向、打出角度等），使用高爾夫球杆Ｅ打出高爾夫球Ｂ，通過將市售的飛行參數測定裝置１０與本發明的飛行參數測定裝置１的測定結果分別圖表後，驗證了本發明的飛行參數測定裝置１的測定精度。

其結果如圖１０Ｂ所示，使用本發明的飛行參數測定裝置１測定的高爾夫球Ｂ的速度與使用市售的飛行參數測定裝置１０測定的高爾夫球Ｂ的速度基本一致。如圖１１Ａ所示，使用本發明的飛行參數測定裝置１測定的高爾夫球Ｂ的仰角也和使用市售的飛行參數測定裝置１０測定的高爾夫球Ｂ的仰角基本一致。另外，如圖１１Ｂ所示，使用本發明的飛行參數測定裝置１測定的高爾夫球Ｂ的方位角也和使用市售的飛行參數測定裝置１０測定的高爾夫球Ｂ的方位角基本一致。

更令人感到吃驚的是，如圖１２Ａ所示，使用本發明的飛行參數測定裝置１測定的高爾夫球Ｂ的旋轉軸也和使用市售的飛行參數測定裝置１０測定的高爾夫球Ｂ的旋轉軸分別一致。而且，如圖１２Ｂ所示，使用本發明的飛行參數測定裝置１測定的高爾夫球Ｂ的旋轉率也和使用市售的飛行參數測定裝置１０測定的高爾夫球Ｂ的旋轉率分別一致。因此，由此可知，本發明所涉及的飛行參數測定裝置１可以利用簡單的影像處理方法高精度地測定球的飛行參數。

另外，在本發明的具體實施方式中，是使第一個球圖像與第二個球圖像一致，但並不限於此，使第二個球圖像與第一個球圖像一致也可以得到同樣的作用效果。另外，在本發明的具體實施方式中，對與高爾夫球Ｂ相對應的飛行參數測定裝置１進行了說明，但是沒有必要限定于此，作為球的飛行參數測定裝置或者方法，本發明可以廣泛適用於使球Ｂ飛行（發射）的球類比賽、壘球、網球、足球、橄欖球、冰球、門球等的測定。

另外，在本發明的具體實施方式中，飛行參數測定裝置１採用了具有各部的構成，但是，採用將實現該各部的程式存儲到存儲介質中，提供該存儲介質的構成亦可。在該構成中，使裝置讀取程式，由該裝置實現各部。屆時，從存儲介質讀出的程式本身起到本發明的作用效果。同時，也可以作為將執行各手段的步驟存儲到硬碟中的方法提供。 ［產業方面的利用可能性］

綜上所述，本發明所涉及的飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法作為在使球的飛行的所有球類比賽中測定球的飛行參數的裝置及方法是有效的，作為可以通過簡單的影像處理方法高精度地測定球的飛行參數的飛行參數測定裝置及飛行參數測定方法是有效的。

１‧‧‧飛行參數測定裝置

１０‧‧‧攝像機

１１‧‧‧飛行參數計算部

１２‧‧‧球檢測部

２０１‧‧‧圖像拍攝部

２０２‧‧‧移動參數計算部

２０３‧‧‧圖像一致部

２０４‧‧‧３Ｄ模型構成部

２０５‧‧‧虛擬旋轉部

２０６‧‧‧登錄圖像生成部

２０７‧‧‧差分計算部

２０８‧‧‧旋轉參數確定部

２０９‧‧‧飛行參數顯示部

２１０‧‧‧影像處理部

２ｒ‧‧‧直徑

４０１‧‧‧第一個拍攝圖像

４０２‧‧‧二值化圖像

５０１‧‧‧拍攝圖像

６０１ａ‧‧‧第一個球圖像

６０１ｂ‧‧‧第一個登錄球圖像

６０１ｃ‧‧‧可視表面

６０２‧‧‧第二個拍攝圖像

６０２ａ‧‧‧第二個球圖像

８０１‧‧‧3D模型

８０１ａ‧‧‧可視表面

８０１ｂ‧‧‧第二個登錄球圖像

８０２ａ‧‧‧第二個比較球圖像

９０１ｂ‧‧‧第一個登錄球圖像

９０２ａ‧‧‧第二個球圖像

Ａ‧‧‧任意點

Ｂ‧‧‧球

Ｂ１‧‧‧球

Ｂ１‘‧‧‧第一個登錄球

ｂ１１‧‧‧始點座標

Ｂ２‧‧‧球

ＢＳ‧‧‧速度

ｃ‧‧‧中心座標

Ｃ‧‧‧關注圖元

Ｃ’‧‧‧對應圖元

ｃ１‧‧‧中心座標

ｃ１１‧‧‧中心座標

ｃ２‧‧‧中心座標

ＣＩ‧‧‧中心

ＣＲ‧‧‧中心

Ｄ‧‧‧距離

Ｅ‧‧‧高爾夫球杆

ｅ１１‧‧‧終點座標

ｆ‧‧‧焦距

ＬＡ‧‧‧仰角

ｌｚ‧‧‧直線

ＲＯＩ‧‧‧興趣區

ｒ‧‧‧半徑

ｒ１‧‧‧半徑

ｒ１１‧‧‧半徑

ｒ２‧‧‧半徑

Ｓ１‧‧‧面積

Ｓ２‧‧‧面積

ＳＡ‧‧‧方位角

ＳＸ‧‧‧旋轉軸

ＳＸ０‧‧‧旋轉參數

ＴＳ‧‧‧旋轉率

ＴＳ０‧‧‧旋轉參數

Ｖ‧‧‧三維座標

Ｖ＇‧‧‧三維座標

ｘｉ‧‧‧x軸

ｙｉ‧‧‧y軸

ｘｒ‧‧‧x軸

ｙｒ‧‧‧y軸

ｚｒ‧‧‧z軸

θ‧‧‧角度

［圖１］本發明所涉及的飛行參數測定裝置的簡圖。 ［圖２］本發明所涉及的飛行參數測定裝置的功能方框圖。 ［圖３］表示本發明所涉及的飛行參數測定裝置的執行步驟的流程圖。 ［圖４］拍攝圖像的二值化圖像舉例（圖４Ａ）和二值化圖像中的物件物體的提取和球的中心座標與半徑的計算舉例（圖４Ｂ）。 ［圖５］表示拍攝圖像的攝像機座標與攝像機的世界座標關係的簡圖（圖５Ａ）和計算球的世界座標的ｚ座標值時的簡圖（圖５Ｂ）。 ［圖６］表示球的速度、仰角與方位角的關係的簡圖（圖６Ａ）和使第一個球的圖像與第二個球的圖像一致時的簡圖（圖６Ｂ）。 ［圖７］內插第一個登錄球圖像的圖元的圖元值時的簡圖（圖７Ａ）和、將第一個登錄球圖像的攝像機座標轉換為世界座標、構成３Ｄ模型時的簡圖（圖７Ｂ）。 ［圖８］將第一個登錄球圖像的３Ｄ模型進行虛擬旋轉，提取旋轉後的第一個登錄球圖像的可視表面時的簡圖（圖８Ａ）和、計算第二個登錄球圖像與第二個比較球圖像的差分時的簡圖（圖８Ｂ）。 ［圖９］通過Ｒｅｔｉｎｅｘ處理、二值化處理和像斑二值化處理重新構成球圖像的舉例（圖９Ａ）和、是否重新構成球圖像造成的第一個登錄球圖像與第二個球圖像的差異的簡圖（圖９Ｂ）。 ［圖１０］表示測定通過高爾夫用機器人打出的高爾夫球的飛行參數的情形的照片圖像舉例（圖１０Ａ）和、使用市售的飛行參數測定裝置與本發明的飛行參數測定裝置測定的高爾夫球速度測定結果的圖表（圖１０Ｂ）。 ［圖１１］使用市售的飛行參數測定裝置與本發明的飛行參數測定裝置測定的高爾夫球仰角測定結果的圖表（圖１１Ａ）和、使用市售的飛行參數測定裝置與本發明的飛行參數測定裝置測定的高爾夫球方位角測定結果的圖表（圖１１Ｂ）。 ［圖１２］使用市售的飛行參數測定裝置與本發明的飛行參數測定裝置測定的高爾夫球旋轉軸測定結果的圖表（圖１２Ａ）和、使用市售的飛行參數測定裝置與本發明的飛行參數測定裝置測定的高爾夫球旋轉率測定結果的圖表（圖１２Ｂ）。

Claims (3)

1. 一種飛行參數測定裝置，其特徵在於，具有使用攝像機連續拍攝正在飛行的球的圖像拍攝部和、 　將最初拍攝的第一個拍攝圖像的第一個球圖像的尺寸與接下來拍攝的第二個拍攝圖像的第二個球圖像的尺寸一致的、生成第一個登錄球圖像的圖像一致部和、 　將所述生成的第一個登錄球圖像的攝像機座標轉換為世界座標，構成第一個登錄球圖像的３Ｄ模型的３Ｄ模型構成部和、 　使用預先推算的旋轉參數和旋轉矩陣資訊，將所述的所構成的第一個登錄球圖像的３Ｄ模型進行虛擬旋轉的虛擬旋轉部和、 　在所述旋轉後的第一個登錄球圖像的３Ｄ模型中，將從所述攝像機可見的可視表面的世界座標轉換為攝像機座標、生成攝像機座標的第二個登錄球圖像的登錄圖像生成部和、 　在所述第二個球圖像中，提取與所述第二個登錄球圖像相對應的第二個比較球圖像，計算所述第二個登錄球圖像與所述第二個比較球圖像的差分的差分計算部和、 　重複進行所述３Ｄ模型的虛擬旋轉和、所述第二個登錄球圖像的生成和、所述差分的計算，將所述差分變成最小值的旋轉參數確定為所述球的實際的旋轉參數的旋轉參數確定部。
2. 如請求項１所述的飛行參數測定裝置，其中，具有針對所述第一個登錄球圖像和所述第二個球圖像，分別通過Ｒｅｔｉｎｅｘ處理進行球圖像的標準化，通過二值化處理，從所述已標準化的標準化球圖像中提取表示球的表面整體的特徵性構造的球構造，通過像斑二值化處理，從所述標準化球圖像中提取表示球的局部特徵的特殊特徵，將所述的所提取的球構造和特殊特徵合成，重新構成球圖像的影像處理部。
3. 一種飛行參數測定方法，其特徵在於，具有使用攝像機連續拍攝正在飛行的球的圖像拍攝步驟和、 　將最初拍攝的第一個拍攝圖像的第一個球圖像的尺寸與接下來拍攝的第二個拍攝圖像的第二個球圖像的尺寸一致的、生成第一個登錄球圖像的圖像一致步驟和、 　將所述生成的第一個登錄球圖像的攝像機座標轉換為世界座標，構成第一個登錄球圖像的３Ｄ模型的３Ｄ模型構成步驟和、 　使用預先推算的旋轉參數和旋轉矩陣資訊，將所述的所構成的第一個登錄球圖像的３Ｄ模型進行虛擬旋轉的虛擬旋轉步驟和、 　在所述旋轉後的第一個登錄球圖像的３Ｄ模型中，將從所述攝像機可見的可視表面的世界座標轉換為攝像機座標、生成攝像機座標的第二個登錄球圖像的登錄圖像生成步驟和、 　在所述第二個球圖像中，提取與所述第二個登錄球圖像相對應的第二個比較球圖像，計算所述第二個登錄球圖像與所述第二個比較球圖像的差分的差分計算步驟和、 　重複進行所述３Ｄ模型的虛擬旋轉和、所述第二個登錄球圖像的生成和、所述差分的計算，將所述差分變成最小值的旋轉參數確定為所述球的實際的旋轉參數的旋轉參數確定步驟。